Aynasal yansıma - Specular reflection

Aynasal yansımanın eş düzlemli durumu, ki .${\displaystyle \teta _{i}=\teta _{r}}$

Durgun su üzerindeki yansımalar, aynasal yansımaya bir örnektir.

Kırınım veya düzenli yansıma olduğu ayna benzeri yansıtma ve dalgalar gibi, ışık bir yüzeyden.

Yansıma kanunu bir yansıyan durumları ışını ışık aynı açıda yansıtma yüzeyinden çıkan yüzey normaline olay ışığı olarak ama gelen ve yansıyan ışınları ile oluşturulan düzleme normal yüzeyin zıt tarafında. Bu davranış ilk olarak İskenderiye Kahramanı tarafından tanımlanmıştır ( MS c. 10-70).

Speküler yansıma, ışığın yüzeyden çeşitli yönlerde saçıldığı dağınık yansıma ile zıt olabilir .

yansıma yasası

Islak bir metal küreden aynasal yansıma

Mermer topun dağınık yansıması

Işık bir malzemenin sınırıyla karşılaştığında, malzemenin elektromanyetik dalgalara karşı optik ve elektronik tepki fonksiyonlarından etkilenir. Yansıma ve kırılmayı içeren optik süreçler, sınırın her iki tarafındaki kırılma indisinin farkı ile ifade edilirken, yansıma ve soğurma , malzemenin elektronik yapısından dolayı tepkinin gerçek ve hayali kısımlarıdır . Bu süreçlerin her birinin iletime katılma derecesi, ışığın frekansının veya dalga boyunun, polarizasyonunun ve gelme açısının bir fonksiyonudur. Genel olarak yansıma, geliş açısının artması ve sınırda artan soğurma ile artar. Fresnel denklemleri optik sınırında fizik açıklar.

Yansıma, aynasal veya ayna benzeri yansıma ve dağınık yansıma olarak meydana gelebilir . Speküler yansıma, belirli bir yönden gelen tüm ışığı aynı açıyla yansıtırken, dağınık yansıma, ışığı geniş bir yön aralığında yansıtır. Fark, parlak boya ve mat boya ile kaplanmış yüzeylerle gösterilebilir . Mat boyalar esasen tam bir dağınık yansıma sergilerken, parlak boyalar daha büyük bir aynasal davranış bileşeni gösterir. Alçı gibi emici olmayan bir tozdan yapılmış bir yüzey neredeyse mükemmel bir difüzör olabilir, oysa cilalı metalik nesneler ışığı çok verimli bir şekilde yansıtabilir. Aynaların yansıtıcı malzemesi genellikle alüminyum veya gümüştür.

Işık uzayda elektromanyetik alanların dalga cephesi olarak yayılır. Bir ışık ışını, dalga cephesine dik yön ( dalga normali ) ile karakterize edilir . Bir ışın bir yüzeyle karşılaştığında, dalga normalinin yüzey normaline göre yaptığı açı geliş açısı olarak adlandırılır ve her iki yönde tanımlanan düzlem geliş düzlemidir . Gelen ışının yansıması da geliş düzleminde meydana gelir.

Yansıma yasası bir ışın yansıma açısı gelme açısına eşittir ve olayın yönü normal yüzey ve yansıyan yönü olduğunu bildiren eş düzlemli .

Işık yüzeye dik olarak çarptığında, doğrudan kaynak yönünde geri yansır.

Yansıma fenomeni, düz bir sınır üzerindeki bir düzlem dalganın kırınımından kaynaklanır . Sınır boyutu dalga boyundan çok daha büyük olduğunda , sınırdaki elektromanyetik alanlar sadece aynasal yön için tam olarak fazda salınır.

vektör formülasyonu

Yansıma yasası aynı zamanda lineer cebir kullanılarak da ifade edilebilir . Yansıyan ışının yönü, geliş vektörü ve yüzey normal vektörü tarafından belirlenir . Yüzeyden ışık kaynağına bir olay yönü ve yüzey normal yönü verildiğinde, aynasal olarak yansıyan yön (tüm birim vektörler ): ${\displaystyle \mathbf {\hat {d}} _{\mathrm {i} }}$${\displaystyle \mathbf {\hat {d}} _{\mathrm {n}},}$${\displaystyle \mathbf {\hat {d}} _{\mathrm {s} }}$

${\displaystyle \mathbf {\hat {d}} _{\mathrm {s} }=2\left(\mathbf {\hat {d}} _{\mathrm {n} }\cdot \mathbf {\hat { d}} _{\mathrm {i} }\sağ)\mathbf {\hat {d}} _{\mathrm {n} }-\mathbf {\hat {d}} _{\mathrm {i} }, }$

nokta çarpım ile elde edilen bir skaler nerede . Farklı yazarlar olay ve yansıma yönlerini farklı işaretlerle tanımlayabilirler . Bu Öklid vektörlerinin sütun biçiminde temsil edildiğini varsayarsak , denklem eşdeğer bir matris-vektör çarpımı olarak ifade edilebilir: ${\displaystyle \mathbf {\hat {d}} _{\mathrm {n} }\cdot \mathbf {\hat {d}} _{\mathrm {i} }}$

${\displaystyle \mathbf {\hat {d}} _{\mathrm {s} }=\mathbf {R} \;\mathbf {\hat {d}} _{\mathrm {i} },}$

sözde Hanehalkı dönüşüm matrisi nerede , şu şekilde tanımlanır: ${\görüntüleme stili \mathbf {R} }$

${\displaystyle \mathbf {R} =\mathbf {I} -2\mathbf {\hat {d}} _{\mathrm {n} }\mathbf {\hat {d}} _{\mathrm {n} } ^{\mathrm {T} };}$

kimlik matrisi cinsinden ve dış çarpımının iki katı olarak . ${\displaystyle \mathbf {I} }$${\displaystyle \mathbf {\hat {d}} _{\mathrm {n}}}$

yansıtıcılık

Yansıtıcılık , yansıyan dalganın gücünün gelen dalganın gücüne oranıdır. Radyasyonun dalga boyunun bir fonksiyonudur ve Fresnel denklemleriyle ifade edildiği gibi malzemenin kırılma indisi ile ilgilidir . Elektromanyetik spektrumun malzeme tarafından absorplanmasının önemli olduğu bölgelerinde, karmaşık kırılma indisinin sanal bileşeni aracılığıyla elektronik absorpsiyon spektrumu ile ilgilidir. Doğrudan ölçülmesi zor veya imkansız olan opak bir malzemenin elektronik absorpsiyon spektrumu, bu nedenle, bir Kramers-Kronig dönüşümü ile yansıma spektrumundan dolaylı olarak belirlenebilir . Yansıyan ışığın polarizasyonu, malzemedeki soğurma geçişleri dipol momentlerine göre gelen sonda ışığının düzeninin simetrisine bağlıdır.

Aynasal yansımanın ölçümü, taramalı değişken dalga boylu bir ışık kaynağı kullanılarak normal veya değişen insidans yansıma spektrofotometreleri ( reflektometre ) ile gerçekleştirilir . Parlaklık ölçer kullanılarak yapılan daha düşük kaliteli ölçümler , bir yüzeyin parlak görünümünü parlaklık birimlerinde ölçer .

Sonuçlar

İç yansıma

Işık bir malzeme içinde yayılırken ve daha düşük kırılma indisine sahip bir malzeme ile bir arayüze çarptığında , ışığın bir kısmı yansıtılır. Gelme açısı kritik açıdan büyükse , toplam iç yansıma meydana gelir: ışığın tamamı yansıtılır. Kritik açı şu şekilde gösterilebilir:

${\displaystyle \theta _{\text{crit}}=\arcsin \!\left({\frac {n_{2}}{n_{1}}}\sağ)\!.}$

polarizasyon

Işık iki malzeme arasındaki bir arayüze çarptığında, yansıyan ışık genellikle kısmen polarize olur . Bununla birlikte, ışık arayüze Brewster açısıyla çarparsa, yansıyan ışık arayüze paralel olarak tamamen lineer olarak polarize olur. Brewster'ın açısı ile verilir

${\displaystyle \theta _{\mathrm {B} }=\arctan \!\left({\frac {n_{2}}{n_{1}}}\sağ)\!.}$

yansıyan görüntüler

Düz aynadaki görüntü şu özelliklere sahiptir:

• Cismin önünde olduğu kadar aynanın arkasında da aynı mesafedir.
• Nesne ile aynı boyuttadır.
• Yukarı doğru (dik) yoldur.
• O reddedildi.
• Öyle sanal görüntü aynanın arkasında gibi görünen ve bir ekrana yansıtılan edilemez, yani.

Görüntülerin bir düzlem ayna tarafından tersine çevrilmesi, koşullara bağlı olarak farklı algılanır. Çoğu durumda, aynadaki görüntü soldan sağa ters gibi görünür. Düz ayna tavana monte edilirse ters görünebilir yukarı ve aşağı bir kişinin altından duruyor ve ona bakar eğer. Benzer bir araba dönerek sol hala dönülerek yaklaştığı görülür sol önünde bir arabanın sürücüsü için dikiz aynasından. Yönlerin tersine çevrilmesi veya eksikliği, yönlerin nasıl tanımlandığına bağlıdır. Daha spesifik olarak, bir ayna koordinat sisteminin elle tutulurluğunu değiştirir, koordinat sisteminin bir ekseni tersine çevrilmiş gibi görünür ve görüntünün kiralitesi değişebilir. Örneğin, sağ ayakkabının görüntüsü sol ayakkabıya benzeyecektir.

Örnekler

Yağmurdan sonra Paris'teki Trocadero Esplanade. Su tabakası, Eyfel Kulesi ve diğer nesnelerin görüntüsünü yansıtan aynasal yansıma sergiler.

Aynasal yansımanın klasik bir örneği, aynasal yansıma için özel olarak tasarlanmış bir aynadır .

Görünür ışığa ek olarak , radyo dalgalarının iyonosferik yansımasında ve radyo veya mikrodalga radar sinyallerinin uçan cisimler tarafından yansımasında speküler yansıma gözlemlenebilir . X-ışını yansıtıcılığının ölçüm tekniği, modern laboratuvar kaynakları veya senkrotron x-ışınları kullanarak ince filmleri ve nanometre altı çözünürlüğe sahip arayüzleri incelemek için speküler yansıtmadan yararlanır .

Elektromanyetik olmayan dalgalar da sesi yansıtan akustik aynalarda ve nötr atomları yansıtan atomik aynalarda olduğu gibi speküler yansıma gösterebilir . Atomların bir katı hal aynasından verimli yansıması için, önemli kuantum yansıması sağlamak için çok soğuk atomlar ve/veya otlayan insidans kullanılır ; çıkıntılı aynalar atomların aynasal yansımasını geliştirmek için kullanılır. Nötron reflektometrisi , malzeme yüzeylerini ve ince film arayüzlerini x-ışını yansıtıcılığına benzer bir şekilde incelemek için speküler yansıma kullanır.

Ayrıca bakınız

• geometrik optik
• Hamilton optiği
• Yansıma katsayısı
• Yansıma (matematik)
• aynalı vurgu
• spekülerlik

Notlar

Referanslar

• Hecht, Eugene (1987). Optik (2. baskı). Addison Wesley. ISBN'si 0-201-11609-X.